工程结构荷载与可靠度设计原理

1、工程结构荷载与可靠度设计原理 复习资料一、判断题1. 严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。(N)2. 狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。(Y)3. 广义的荷载包括直接作用和间接作用。(Y)4. 按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。(N)5. 由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。(Y)6. 土压力、风压力、水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。(N)7. 由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。(N)8.

2、 雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。( N)9. 雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。(N)10. 虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定同时出现。(Y)12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。(Y)14. 当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要对均布活荷载的取值进行折减。(Y)15. 土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。(Y)18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。(N)22. 朗肯土压力理论中假设挡土墙的墙背竖直、光滑、填土面水平无超

3、载。(Y)23. 在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间既无摩擦力也无剪力存在。(Y)24. 在朗肯土压力理论的假设中，墙背与填土之间虽然无摩擦力，但仍有剪力存在。(N)| !25. 土的自重应力为土自身有效重力在土体中引起的应力。(Y)26. 不但风的作用会引起结构物的共振，水的作用也会引起结构物的共振。(Y)27. 平均风速越大，脉动风的幅值越大，频率越高。(N)28. 风压是指风以一定的速度向前运动受到阻塞时对阻塞物产生的压力。(Y)29. 地震作用中的体波可以分为横波和纵波，两者均可在液体和固体中传播。(N)二. 选择题1. 车辆荷载属于(2) (4) (7)。风荷载属于(2) (4

4、) (7)。地震属于(3) (5) (7)。基础沉降属于(1) (6)。(1)永久作用(2)可变作用(3)偶然作用(4)直接作用(5)间接作用(6)静态作用(7)动态作用2. 下面几个物理量中，表征地面运动强弱程度的有(1) (2) (3) (4)。(1)强度(2)频谱(3)强烈振动的持续时间(4)最大振幅3. 在相同基本风压和高度的前提下，哪一种地理环境下风压最大(1)。(1)海岸、湖岸、海岛地区(2)中小城市(3)大城市市郊(4)大城市市区5. 当结构处在(1) ( 3)范围，结构会发生横向共振。(1)亚临界范围(2)超临界范围(3)跨临界范围(4)上述三种范围均会发生6. 结构可靠度定义

5、中所说的结构规定的时间应为(4)。(1) 10 年(2) 30 年(3) 40 年(4) 50 年8.混凝土的徐变是(4)沿着受力方向发生的塑性变形。(1)在交变荷载作用下(2)在冲击荷载作用下(3)在振动荷载作用下(4)在长期静荷载作用下欢迎共阅10. 测得某次地震的震级为M=3,贝U下列哪一种说法是正确的？ （3）（1） 震中处的地面运动幅值为0.001m（2） 距震中100Km处的地面运动幅值为0.001m（3） 距震中100Km处的最大水平地面运动幅值为0.001m（4） 距震中100Km处的最大竖向地面运动幅值为0.001m11 .预应力属于（ABQ。温度变化属于（B）。A永久作用B

6、静态作用C直接作用D动态作用12.我国建筑结构荷载规范规定的基本风压的地貌为（C）。A空旷的山地丘陵 B中小城镇B空旷平坦地面 C大城市市区14. 以下几项中属于间接作用的是（C）A 土压力B离心力C地震D风压力14.以下几项中属于间接作用的是（D）A风压力B离心力C 土压力D温度变化16. 车辆荷载属于（BQ。基础沉降属于（AD）A永久作用B可变作用C直接作用D间接作用17. 设防烈度一般定义为设计基准期内超越概率为（B）的水平.'! ： ： I '；A5% B10% C15% D30%18. 一般情况下，地下室外墙所受的土压力为（C）A主动土压力B被动土压力C静止土压力D不

7、能确定20. 以下几项中属于间接作用的有（C）A离心力B 土压力C基础不均匀沉降 D水压力21. 我国基本雪压分布图是按照（C） 一遇的重现期确定的。A10 年 B30 年 C50 年 D100 年22. 地震属于（B）。风荷载属于（CD）。A永久作用B偶然作用C可变作用D直接作用23. 当结构设计基准期为（D）时，中震即为基本烈度地震影响。A10年B30年C40年D50年24. 我国建筑结构荷载规范规定基本风压的标准高度为（B）。A5mB10mC15mD20m26. 在相同基本风压和高度的前提下，（C）地理环境下的风压最小。A海岸、湖岸、海岛地区 B中小城镇C大城市中心 D大城市市郊 I I

8、27. 地震属于（BED ,风荷载属于（CDE。A永久作用B偶然作用C可变作用D直接作用E动态作用F间接作用G静态作用28. 当（B）波的周期与场地土的特征周期一致时，会发生共振反应。A纵波B横波C瑞雷波D洛夫波E以上四种波三. 填空题1. 我国"建筑荷载规范”规定：基本风压的标准高度为10 m,标准地貌为空旷平坦地貌，标准时距为 10分钟,最大 风速的样本时间为 1年，重现期为50年。2. 世界上主要的地震带主要环太平洋地震带和欧亚地震带，这种地震带状分布可以通过板块构造理论来解释。3. 爆炸的空气冲击波对结构产生的荷载主要有冲击波超压和冲击波 4. 土的侧向压力分为静止土压力、主

9、动土压力和被动土压力。地下室外墙产牛静止土压力，拱桥桥台背后的土产牛被_ 动土压力，基坑开挖时，围护结构背后的土产生主动土压力5. 一般直墙上的波浪荷载应按三中波浪进行设计，这三种波分别是立波、近区破碎波和远区破碎波。7. 地震波可以分为体波和面波，其中，体波又分为纵波和横波，面波分为瑞雷波和洛夫波。8. 按照结构的反应分类，作用可以分为静态作用和动态作 9 .车辆重力荷载标准有两种形式：分别为车列荷载和车道荷载。10. 造成屋面雪压与地面积雪不同的主要原因有风对屋面积雪的影响、屋面坡度对积雪的影响和屋面温度对积雪的影虹。11. 基本风压通常应符合以下五个规定：标准高度的规定、地貌的规定、公称

10、风速的规定、最大风速的样本时间和基本 风速的重现期。12. 表征地面运动特征的主要物理量主要有：强度、频谱和强震持续时间。14. 按荷载随时间的变异，可把荷载分为永久作用、可变作用和偶然作用三种。15. 按荷载随空间位置的变异，可把荷载分为固定作用和可动作 四. 简答题1. 荷载与作用在概念上有何不同？2. 计算楼面活荷载效应时，为什么当活荷载影响面积超过一定数值需要对均布活荷载取值加以折减?3. 基本风压是如何定义的？X I I4. 说明影响基本风压的主要因素。5. 计算顺风向风效应时，为什么要区分平均风与脉动风？6. 说明风载体型系数、风压高度变化系数、风振系数的意义。7. 解释横风向风振

11、产生的原因。8. 在什么条件下需要考虑结构横风向风效应？10. 震级与烈度有何差别？有何联系？11. 地震反应谱的实际是什么？12. 影响地震反应谱的主要因素有哪些?1. 简要回答地震震级和烈度的差别与联系答：地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。 一次地震发生，震级只有一个，然而在不同地点却会有不同的地震烈度，但确定地点上的烈度是一定的，且定性上震 级越大，确定地点上的烈度也越大。震中一般是一次地震烈度最大的地区，其烈度与纂级有关。在环境条件基本相M =1：¥ I0同的情况下，震级越大，震中烈罢越高震中绍席与震级近似关系：3 ；

12、非震中区，烈度与震级的关系：M =1 % '0 % |C也y h ”)3.简要说明结构的荷载与荷载效应有何区别与联系答：荷载是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。效应：作用在结构上的荷载使结构产生内力、变形。 例：应力、应变、位移、速度。4. 说明基本风压应符合的规定答：基本风压通常应符合以下五个规定。标准高度的规定。我国建筑结构荷载规范规定以10m高为标准高度 地貌的规定。我国及世界上大多数国家规定，基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。公称风速的时距。规定的基本风速的时距为10min。最大风速的样本时间。我国取 1年作为统计最大风速的样本时间。基本风速的重现期。我国规定的

13、基本风速的重现期为30年。6. 直接荷载与间接荷载的区别答：能使结构产生效应得各种因素总称为作用；将作用在结构上的因素称为直接作用； 不是作用，但同样引起结构效应的因素称为间接作用； 直接荷载为狭义的荷载，广义的荷载包括直接荷载和间接荷载。7. 简述屋面形式对雪压的影响答：风对屋面积雪的影响： 漂积作用：在下雪过程中，风会把部分将飘落在屋顶上的雪积到附近的地面上或其它较低的物体上。 具有高低跨屋面的情况下，高屋面的雪吹落在较低屋面上。在低屋面上形成局部较大的漂积荷载。屋面坡度对积雪的影响：由于风的作用和雪的滑移特征，坡度越大，滑落的雪越多，雪压越小。受日照时间的不同， 引进屋面积雪分布系数不同

14、。屋面温度对鸡血的影响。8. 土压力的影响因素答：墙体的形式与刚度，墙背竖直、墙背倾斜受压力形式不同。 不同刚度的墙体抵抗土压力产生的变形不同； 墙后土体的性质，墙后土体的重度不同，产生的应力不同； 填土面的形式，水平和倾斜不同，相当于水平地面上加一附加压力； 外施荷载的形式，均布荷载，基坑侧向地面上有已建建筑不同；例如：局部均布荷载，在基坑侧的地面局部布建筑；可变荷载，地面施工机械、车辆荷载；集中荷载，山坡建水塔，雷达站。9. 静止土压力、主动土压力形成机理答：静止土压力：支挡结构在土压力作用下不产生任何方向的位移或转动，保持原有位置，墙后土体没有破坏，土体 处于弹性平衡状态。此时墙背土压力

15、为静止土压力。主动土压力：支挡结构在土压力作用下，向墙内移动或转动，墙后土压力逐渐减小，当达到某一位置时，墙后土体压 力减小，当达到某一位移时，墙后土体开始下滑，作用在挡土墙上的土压力最小，滑动契体体内应力处于主动极限平 衡状态，此时作用在墙背上的土压力成为主动土压力。10. 朗肯土压力理论的基本假设答：朗肯土压力理论的基本假设： 对象为弹性半空间土体； 地基土具有水平界面，一定的深度和广度； 假定土体为弹性介质，符合广义虎克定律； 不考虑挡土墙及回填土的施工因素，不扰动土体，不改变其自然的应力状态；挡土墙墙背竖直，光滑，填土面水平，无超载。墙背与土体不产生摩擦力，无剪应力作用，无超载，水平向

16、无剪应力， 使土体在竖向和水平向应力的主应力状态。11. 风振形成机理答：横风向力主要引起风振。对于高层结构风振是由气流本身的动力特性形成的。在结构正面风速受到障碍减小，逐渐降低，风总要绕过建筑物，则沿 AB绕行，风速逐渐增大在 B点达最大值。绕过结构后，风要恢复自由状态，沿 BC流动，受摩擦风速减小，在某处摩擦力耗损使风速降为零，在BC段出现风停滞现象，形成漩涡，引起风振。当漩涡脱落频率与结构自振频率接近时，结构发生剧烈共振，产生横风向风振。12. 我国烈度的分类答：根据超越概率将地震烈度分为以下几类： 多遇地震烈度：在 50年内，超越概率为 63.2 %对应的烈度。 基本烈度：在50年内，

17、超越概率为 10%的地震烈度。每一地区的基本烈度可查中国地震烈度表获得。 罕遇地震烈度：在 50年内，超越概率为 2-3 %的地震烈度； 设防烈度：是是否进行抗震设计的依据，是按国家批准权限审定的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。13. 用公式表示单质点体系的地震作用的受力情况答：当结构的质量相瑚中在某一确定位置，可将结构处理成单质点体系进行地震反映分析。惯性力, 'g）； 阻尼力，fc = P（X）；弹性恢复力，fk = 一故三力平衡得fi fc fk =0;mx cx kx = -mxa cg14. 底部剪力法的原理及基本假设将剪力分配到结构各质点上。答：底部剪力法是振型分解反映

18、谱法的简化方法，首先计算地震产生的底部最大剪力,两个假设： 结构地震反应以第一振型为主； 任意质点得振型坐标与该质点离地面得高度成正比。=c 'Hi四.计算题1. 某挡土墙高7m,墙背竖直，光滑，填土面水平，墙后为粘性土，= 18.5kN /m3二300C =10kPa，求其主动土压力Ea和被动土压力EP。欢迎共阅解题思路：解：主动土压力： 被动土压力：2. 设有一单质点体系，质点重为100KN,体系自振周期为 1.0秒，位于基本烈度 8度区，体系所在地设计反应谱特征周期Tg= 0.4s，设计反应谱下降段指数为b=0.7，动力系数最大值 肖max =2.25,体系结构设计基准期为50年

19、，求体系所受小震烈度的水平地震作用。解题思路：解：求地震系数。因小地震烈度比基本地震烈度小1.5度，则计算地震烈度为：I=8-1.5 = 6.5地震系数公式 k=0.125 X 2I-7 =0.125 X 26'5-7 =0.088根据我国建筑抗震设计规范，地震系数取平均值的85%计算动力系数。因T>Tg,则地震作用为3. 已知一矩形平面钢筋多层建筑如图1,位于城市中心，建筑高度27m,平面沿高度保持不变，迎风面宽B= 40m地面粗糙度指数a =0.2 ,基本风压按地面粗糙度指数的地貌：=0 16 一一 一 ，s，离地面10m高风速确定的基本风压为-'0= 0.55kN/

20、m2风振系数沿高度不变为r = 10Z,求建筑物底部弯矩。（标准地貌的梯度风高为350m；该城市梯度风高为 400m,建筑物沿高度划分为三段计算）解题思路:解:Wk9m9m9m40m矩形结构，风载体形系数风压高度变化系数z?4.已知一各三层剪切型结构，如图2 , m1=116kg,m2=110kg,m3=59kg,已知该结构的第一阶周期为T1 = 0.617s ,场地土为类，a max=0.16，场地土特征周期为Tg=0.445s ,采用底部剪力法计算地震作用产生的底部最大剪力及结构各层的地震作用。6mm26mm16.6mm3顶层放大系数a n的取值:TgT1 > 1.4TgT1<

21、 1.4Tg< 0.350.08T1-0.070I 'l0.350.550.08T1-0.01>0.550.08T1-0.02解题思路：解：确定地震影响系数 a求底部最大剪力=3n 1 =6=°.85F=ZGeC(i，因质点数 n= 3, - 2(2n中)7 F = 0.85 乂(116 +110 + 59) 乂 9.8 乂 0.1192 = 0.284 KN 各质点地震作用：1.4Tg = 1.4 X 0.445 = 0.632>T1=0.617 不考虑其他振型影响。?5.某三层框架结构如图3,各质量分别为 m1=300t、m2=300t、m3=220t;

22、设防烈度为8度，“max=0.16,第一组,.I IH类场地，Tg =0.35g。阻尼比为0.05。用振型分解反应谱法计算框架层间地震力。该结构振型周期如下：?图 3解题思路:解：第-振型Tg " 5Tg0.1s ： T2 : Ta ：w = ：=0 16第二振型2 g 2 max 0.2第二振型 Ss'L "Tg3 =max =°6各振型参与系数根据地震力公式:Fji =G j： j 项J =0.110.3520.6533009.8=285.5KNF13 =0.110.3521.0002209.8 =320.6KNF21 =0.160.4110.7293

23、009.8=140.9KNF22 =0.160.4110.7623009.8 =147.3KNF23 =0.16 0.411 ( -1.000) 220 9.8 = -141.8KNF31 =0.160.0604.4163009.8=124.6KNF32 =0.16 0.060 (-3.218) 300 9.8 =92.6KNF33 =0.160.0601.0002209.8=20.7KN222_各层间剪力：F = . F 1卡2卡3 .I / '6.某钢筋混凝土烟筒，平面为圆形，直径 7m,总高度H=100m地貌变化指数 "为0.16，基本风压 缶0基本风速 v=29.67

24、m/s, L =1.07s,E =0.05。 确定共振区范围。, ',-.；1 ,解题思路：解：横风向风振的判断.- 0.16<100、vH =29.67 = 42.89m/s顶部风速<10 J0.55KN/m,Vcr对应Ti临界风速：11一八，= 5Df =5D =5 7 -32.59m/ sT1.074顶部风速大于临界风速，发生共振2_ H取3 处风速计算雷诺数,V2 =29.67 67 °'16 =40.22m/s3H10Re =19.4103.106会出现强共振。H1 =Hh2 =h共振范围：32 59 10.16l=100X 32=18.02mW

25、h JM2.89 Jl'彳.3 X32.59 'h16 cc z =92.67m29.671.3Vcr =10.V07.计算图4中的土层各层底面处的自重应力淤沱质土 V 3-18.提f?图 4?解题思路:解：Ezi=17 2.0 =34.0KPa=18.0 kN /m3,有效计算题1.已知某挡土墙高度 H =8.0m,墙背竖直、光滑，填土表面水平。墙后填土为无黏性中砂，重度内摩擦角 中=30。试计算作用在挡土墙上的静止土压力E0和主动土压力Ea【解】（1）静止土压力E0=1h2K° = 1 18.0 82 （1 cos30：，） =288.0 kN/m 22E0点位于

26、距墙底 H /3=2.67m处。I 二（2）主动土压力| . /Ea = ! H 2 Ka = 1 18.0 82 tan2（45''30 ）=192 kN/m 2 2 2Ea点位于距墙底 H /3=2.67m处。J/ T ! I J * i2. 已知一个三层剪切型结构，如图计2-1所示。已知该结构的各阶段周期和振型为L = 0.433s、T2 = 0.202s、0.301'"-0.676、W.47T3 =0.136s、&=幻.648 .、巾=（-0.601 卜如=2.57.,设计反应谱的有关参数为Tg = 0.2s , b = 0.9,1.0001.0001.00I . / X j1.F Jamax = 0.16。（ 1）采用振型分解反应谱法求该三层剪切图计2-1三层剪切型结构型结构在地震作用下的底部最大剪力和顶部最大位移。（2）采用底部剪力法计算地震作用下结构底部最大剪力和顶部 最大位移。【解】（1）求有关参数各阶地震影响系数： 3=0.16各阶振型参与参数.M 1' mi、1 1 1.5 0.648 2 0.301qM 1.1'm"12 = 1 12 1.5 0.6482 - 2 0.3012 一 . 各阶振型地震作用第一振型地震作用第二振型地震作用第三振型地震作用 求最大底部剪力各振型地震作用产生的底部剪